第六章 微生物的代谢-2

乙醛脱氢酶
乙醇脱氢酶
乙酸 乙醇
草酰乙酸
丙酸
志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。
b 丁二醇发酵（2，3--丁二醇发酵） —— 肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等
丙酮酸
V.P.试验的原理：
乙酰乳酸
红色物质
（乙酰乳酸脱氢酶）
3-羟基丁酮
（OH-、O2）
精氨酸胍基
乙二酰
丁二醇
中性
其中两个重要的鉴定反应：
1 、V．P．实验 2、甲基红（M.R）反应
若从EMP与人类生产实践关系来看，则它与乙醇、乳酸、
甘油、丙酮和丁酸等的关系密切。 Nhomakorabea2）HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧
化，并能产生大量NADPH2形式的还原力及多种中
间代谢产物。
HMP 途径（磷酸戊糖途径、旁路途径）
分为两个阶段：
1、3个分子6-磷酸葡萄糖在 6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷 酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下 经氧化脱羧生成6个分子 NADPH+H+，3个分子CO2和3个 分子5-磷酸核酮糖 2、5-磷酸核酮糖在转酮酶 和转醛酶催化下使部分碳链 进行相互转换，经三碳、四 碳、七碳和磷酸酯等，最终 生成2分子6-磷酸果糖和1分 子3-磷酸甘油醛。
1）EMP途径（糖酵解途径、三磷酸己糖途径）
葡萄糖
10 步反应
丙酮酸
有氧：EMP途径与TCA途径连接； 无氧：还原一些代谢产物， (专性厌氧微生物)产能的唯一途径。 产能（底物磷酸化产能： （1） 1，3— P--甘油醛 3 —P --甘油酸 + ATP； （2） PEP 丙酮酸 + ATP 是多种微生物所具有的代谢途径，其产能低，但生理功能重要。
原核微生物：胞质中，仅琥珀酸脱氢酶在膜上 真核微生物：线粒体内膜上 2 个产能的环节：Kreb 循环、电子传递。
电子传递链
电子传递链载体:
NADH脱氢酶 黄素蛋白 辅酶Q（CoQ） 铁-硫蛋白及细胞色素 类蛋白 在线粒体内膜中以4 个载体复合物的形式从 低氧化还原势的化合物 到高氧化还原势的分子 氧或其他无机、有机氧 化物逐级排列。
简单小分子
合成代谢
ATP
[H]
第一节 微生物能量代谢
——将最初能源转换成通用的ATP过程 一、概述
（一）化能异养微生物的生物氧化与产能
过程：脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子） 功能：产能（ATP）、还原力、小分子代谢产物等。
葡萄糖降解代谢途径
生物氧化： 发酵作用 呼吸作用（有氧或无氧呼吸） 产能过程
---亚硫酸氢钠必须控制亚适量（3%）
b、细菌型乙醇发酵 (发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌) 同型酒精发酵 1G 2 丙酮酸 乙醇 + 1ATP
（ED）
代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等。缺点是生长pH较高， 较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低.
异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌）
1G 2 丙酮酸
KDPG醛缩酶 3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞菌等。
细菌酒精发酵：
在ED途径中所产生的丙酮酸对Zymomonas mobilis(运动发酵单胞菌)这 类微好氧菌来说，可脱羧成乙醛，乙醛进一步被NADH2还原为乙醇。这种经 ED途径发酵产生乙醇的过程与传统的由酵母菌通过EMP途径生产乙醇不同， 称为细菌酒精发酵。
氢供体（氧化）氨基酸： Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、 Try等。 氢受体（还原）氨基酸： Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。
乙酸 + ATP
氧化
丙氨酸
NAD+
-NH3
丙酮酸
乙酰-CoA
NADH 甘氨酸
NADH NAD+ -NH3
还原 甘氨酸
乙酸
绝大多数异氧微生物的氧化性（呼吸）代谢中起关键作用。
TCA发生部位：◆真核微生物中，线粒体中（大多数酶定位 在线粒体基质中）。◆原核生物（细菌）中，大多数酶定位 在细胞质中。
TCA循环的重要特点：
1、循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2分子CO2,并 重新生成1分子草酰乙酸； 2、整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还 原为NADH+H+，另一步为FAD还原； 3、为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。 4、循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体； 5、生物体提供能量的主要形式； 6、为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。
第六章
微生物的代谢
第一节 第二节 第三节 第四节
微生物的能量代谢 微生物特有的合成代谢途径 微生物次级代谢与次级代谢产物 微生物代谢与生产实践
代谢概论
代谢（metabolism）：
细胞内发生的各种化学反应的总称
分解代谢(catabolism)
代谢
合成代谢(anabolism)
分解代谢
复杂分子
（有机物）
3)混合酸、丁二醇发酵
a 混合酸发酵： ——肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）
CO2 + H2
乳酸脱氢酶 乳酸 丙酮酸甲酸解酶 乙酰-CoA +甲酸
1G 丙酮酸 磷酸转乙酰基酶
乙酸激酶
E.coli与志贺氏菌的区别： 葡萄糖发酵试验： PEP羧化酶 E.coli、产气肠杆菌 甲酸 CO2 + H2 （甲酸氢解酶、H+）
（丙酮酸甲酸解酶）
甲酸 + 乙酰-- CoA
无丙酮酸脱羧酶 而有乙醛脱氢酶
乙醛 乙醇
2）乳酸发酵
同型乳酸发酵 （德氏乳杆菌、植物乳杆菌等） —— EMP途径（丙酮酸 乳酸）
异型乳酸发酵（PK途径）
肠膜明串株菌（PK） 产能 ：1ATP 双歧双歧杆菌（PK、HK） 产能：2G 5 ATP即 1G 2.5ATP
缩合
乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）
丙酮 +CO2
丁醇
5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）
以一种氨基酸作底物脱氢，而另一种氨基酸作氢受体而实现生 物氧化产能的独特发酵类型，成为Stickland反应。 此反应的产能效率低，每分子氨基酸产1ATP。 发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双酶梭菌等。 特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联；产能效率低 （1ATP）
发酵（fermentantion）:
1、定义 广义：利用好氧或厌氧微生物生产有用代谢产品或食品、饮料 的一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢产物作为最终氢 （电子）受体的产能过程。 特点： 1）通过底物水平磷酸化产ATP； 2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于发酵产物中； 3）产能率低； 4）产多种发酵产物。
如柠檬酸发酵、Glu发酵、延胡索酸发酵等。
（二）微生物氧化的方式（递氢和受氢）
根据递氢特别是受氢过程中氢受体性质的不同，可把生物 氧化区分成呼吸作用、发酵作用和厌氧呼吸作用。 1、发酵作用（fermentation，发酵） 2、呼吸作用（respiration，呼吸，有氧呼吸） 3、厌氧呼吸（anaerobic respiration,无氧呼吸）
葡萄糖分子经转化成1， 6—二磷酸果糖后，在 醛缩酶的催化下，裂解 成两个三碳化合物分子， 即磷酸二羟丙酮和3-磷 酸甘油醛。 3-磷酸甘油 醛被进一步氧化生成2 分子丙酮酸，
1分子葡萄糖可降解成2 分子3-磷酸甘油醛，并 消耗2分子ATP。2分子 3-磷酸甘油醛被氧化生 成2分子丙酮酸，2分子 NADH2和4分子ATP。
4）TCA循环
三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA），又称 柠檬酸循环，Krebs循环，1937年提出，为此1953年 Krebs 获得诺贝尔奖，并被称为ATP循环之父： 大多数动物、植物和微生物，有氧条件下将糖酵解产生的
丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA, 乙酰CoA经一系列氧化、脱 羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程。
即：丙酮酸
脱羧
乙醛
还原
乙醇
比起传统的酵母酒精发酵的优点：（近年来正在开发的工业） （1） 代谢速率高；（2）产物转化率高；（3）菌体生成少；（4）代谢副产 物少；（5）发酵温度较高；（6） 不必定期供氧 相比的缺点：（1）生长PH为5，较易染菌（而酵母菌为PH3）；（2）细菌 耐乙醇力较酵母低（前者为7.0%,后者为8~10%）
特点：
a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，
b、产大量的NADPH + H+ 还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。 从人类生产实际来说，通过HMP途径可提供许多重要重要中间产物。
ED途径：
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞 过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸 KDPG
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶 d 、可与EMP、HMP、和TCA循环等代谢途径相联。
呼吸（respiration）:
——从葡萄糖或其他有机物质脱下的电子或氢经过系列载 体（呼吸链、电子传递链）最终传递给外源O2或其他氧化型化 合物并产生较多ATP的生物氧化过程。 有氧呼吸（aerobic respiration） 无氧呼吸（anaerobic respiration）